水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究

运用高速摄影仪在小型爆炸实验台上分别对CH₄体积百分浓度约为9.5％的甲烷和空气的混合气在超细清水雾以及超细NaHCO₃,NaCl,KCl水雾气氛中的爆炸过程进行了实验研究.实验发现:在超细水雾气氛下,瓦斯的爆炸感应期明显延长,火焰在实验管道中传播的平均速率和最大速率显著降低,并出现了火焰驻停现象.实验表明：含有NaHCO₃,NaCl,KCl的超细水雾对瓦斯爆炸的控制效果要优于超细清水雾的控爆效果,其中又以KCl超细水雾为最佳.     

细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究

在搭建细水雾抑制管道瓦斯爆炸的小尺寸实验平台和阐明瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道瓦斯爆炸的有效性,并对其进行定性、定量分析。研究发现：在水雾足量的情况下,细水雾能有效抑制管道瓦斯爆炸的传播速度、降低火焰温度,并能改变火焰图像特性;瓦斯浓度较高或雾通量不足时,细水雾将通过助燃促进瓦斯爆炸的产生。     

荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果以及抑爆机理,根据静电感应原理,自行设计了小尺寸的荷电细水雾发生装置,并开展了荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。实验分析了在不同荷电极性、荷电电压以及雾通量下,荷电细水雾对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的影响。结果表明:荷电细水雾较普通细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸压力峰值以及火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾的抑爆效果显著增强。同时荷负电荷的细水雾较荷正电荷的细水雾抑爆效果更好。当荷电电压为8 k V时,荷电细水雾使瓦斯爆炸压力峰值下降64.7%,升压速率下降33.03%,火焰传播速度下降34.9%。     

细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究

对内径68 mm,长1 200 mm的密闭管内甲烷爆炸的细水雾抑制效果进行了实验研究,分析了不同喷雾量对瓦斯爆炸最大爆炸压力及最大压力上升速率的影响。实验结果表明,喷雾量较小时,瓦斯爆炸的最大爆炸压力及最大压力上升速率都出现增大,达到压力峰值的时间缩短。随着喷雾量的增加,最大爆炸压力及最大压力上升速率会随着下降,达压力峰值的时间延长。这表明细水雾的喷雾量较大时,对瓦斯爆炸的抑制作用比较明显。     

φ700 mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

为了预防瓦斯在输送和排放管道中的爆炸,在φ700 mm管道进行了细水雾抑制瓦斯爆炸试验。结果表明:在一定水流量和水雾带长度条件下,细水雾能够抑制管道内瓦斯爆炸,抑制瓦斯爆炸距离最短为41.5 m、最长为63.7 m;抑制瓦斯爆炸的最佳喷嘴水流量为5.03 L/min,水雾带长度为33 m;抑制瓦斯爆炸水流量越大,抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值越小,但喷嘴水流量达到6.19 L/min后,水流量的增加对抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值影响不明显;细水雾抑制瓦斯爆炸系统安装于管道10~50 m时抑制瓦斯爆炸比较理想。     

超细水雾-多孔材料协同抑制瓦斯爆炸实验研究

为探究超细水雾与多孔介质在协同作用下对多孔介质淬熄效果以及多孔介质上游爆炸超压的影响,自行设计并搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1 000 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,研究超细水雾质量分数、多孔材料孔径及孔隙率对9. 5%甲烷压的协同抑制效果。实验结果表明,改变超细水雾质量分数、多孔材料孔径以及孔隙率,在多孔材料上游,最大火焰传播速度和最大爆炸超压有着显著变化,随着超细水雾质量分数增加,火焰锋面传播速度峰值和爆炸超压逐渐减小,爆炸超压峰值出现时间随之缩短,而随着孔径的减小,火焰锋面传播速度也逐渐减小,压力衰减率明显增加。同时,超细水雾和多孔材料的组合方式对瓦斯爆炸具有耦合抑制作用,管道内通入超细水雾可吸收反应区大量热能,降低反应速率与火焰传播速度,此外多孔材料的存在吸收了部分前驱冲击波,破坏正反馈机制,因此两者协同抑制优于单一抑制效果。放置在管道中的多孔材料使得传播火焰淬熄,且添加的超细水雾降低了多孔材料上游的超压,但是一旦多孔介质淬熄失败,火焰湍流加剧,可能会导致更为严重的事故发生。此外,与9. 5%甲空气预混气相比,孔隙率为87%,孔隙密度为20 PPI和超细水雾质量浓度为1 453. 1 g s,下降比例达到44. 23%,且多孔材料上游的最大爆炸超压为6. 13 kPa,降低了40. 62%,抑制效果最明显。     

二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120mm×120mm×840mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明：二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷气体的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量的增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4mL超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为72.3mbar;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸的超压峰值下降了92.95mbar,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。     

细水雾影响瓦斯爆炸浓度下限的实验研究

采用自制瓦斯爆炸实验系统进行实验,将相同实验条件下没有施加细水雾时测定的爆炸下限值作为参照值进行比较,通过改变瓦斯爆炸实验管道中细水雾的密度和粒径来研究不同物理状态的细水雾对瓦斯爆炸下限的影响。实验表明:在施加细水雾的条件下,瓦斯爆炸浓度下限值有明显的升高,且在细水雾密度较大和平均粒径较小时瓦斯爆炸浓度下限升高值较大。最后在实验结论的基础上提出了细水雾技术在矿井瓦斯防治方面应用前景。     

含添加剂细水雾降低瓦斯爆炸下限的实验研究

采用自制的瓦斯爆炸实验系统进行实验,将同一实验条件下施加纯细水雾时测定的爆炸下限值作为参照值进行比较,通过改变细水雾中添加剂的种类和浓度,研究细水雾中的添加剂对瓦斯爆炸下限的影响。实验表明:在细水雾中加入添加剂后,瓦斯爆炸浓度下限值有不同程度的升高;对于同一种添加剂,随着其浓度的增加,瓦斯爆炸下限先呈升高的趋势,而后趋近于稳定。该实验研究为采用细水雾技术防治矿井瓦斯提供了理论基础,具有一定的指导作用。     

超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。     

细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

基于细水雾抑爆机理,将特定的细水雾环组安装于大型瓦斯煤尘爆炸试验巷道,研究不同喷雾压力下和不同细水雾环组长度对瓦斯爆炸的抑爆效果。试验结果表明,在试验条件下细水雾抑制瓦斯爆炸的效果与喷雾压力及细水雾环组长度有关,喷雾压力越大、细水雾环组长度越长,抑爆效果越好。     

隔爆水幕抑制瓦斯爆炸的管道实验研究

为了有效地减少瓦斯爆炸事故的发生,降低其破坏能力,研发了一种隔爆水幕抑制瓦斯爆炸的管道实验系统,并通过该实验系统分别进行了有无水幕、不同瓦斯浓度、不同流量条件下隔爆水幕作用效果的对比实验,研究了隔爆水幕对瓦斯爆炸的阻隔效果。研究结果表明,隔爆水幕有良好的阻隔效果,在瓦斯浓度为9.5%、喷头喷水流量为16.4 L/min时隔爆效果最佳。     

煤矿瓦斯爆炸水幕抑爆系统研究

介绍了一种新研制的水幕抑爆系统,并对其抑爆效果进行了实验验证。实验研究表明,水幕抑爆系统在一定条件下,能够有效地抑制井下瓦斯爆炸过程。水幕抑爆系统在喷嘴主要参数、安装方式、水幕间距确定情况下,抑爆效果主要与各装置安装位置、喷雾压力、喷雾强度和水幕带长度有关。水幕抑爆系统的研制,为有效抑制井下瓦斯爆炸提供了一种新型的方法,特别是对煤矿发生的二次爆炸或多次爆炸具有更好的抑制效果,而且可以降低由于爆炸反应升高的环境温度,保护水幕设施后的人员和设备,防止温度过高引起的二次爆炸。     

煤矿瓦斯爆炸水幕隔爆效果实验研究

为了抑制和隔绝瓦斯煤尘爆炸事故,研制了水幕隔爆设施,对该设施的隔爆性能进行了实验。结果表明:细水雾对隔断瓦斯爆炸火焰的传播和衰减冲击波有显著的作用;要充分隔断瓦斯爆炸火焰的传播,水幕设施最少由10个喷雾环组成,形成水幕带最短长度为13.5 m,喷雾强度最小为17.43 L/(min·m2)。该研究可为研制新型的水幕隔爆系统提供重要的理论基础。     

关于瓦斯、煤尘爆炸监控预防综合一体化可行性研究

为了避免瓦斯爆炸及瓦斯爆炸引发煤尘二次爆炸,最大限度降低爆炸强度,设想对井下电子监测监控系统进行综合升级改造研究,形成瓦斯、风量、煤尘系统、关联、综合监测,并根据监测数据,主动做出相关防范动作,从而实现井下瓦斯、煤尘爆炸监测监控、预防、治理的系统化、一体化、自动化,通过分析研究,该设想具有科学性和可操作性,对预防瓦斯爆炸、遏制瓦斯爆炸引发二次爆炸具有积极作用。     

采用喷雾技术防止爆破引起瓦斯爆炸研究

论述了采用喷雾爆破技术可以防止炮掘工作面因放炮火焰引起的瓦斯、煤尘爆炸事故.试验表明,在巷道中的有效水雾量达300 ml·m-3时对点火源的抑制是有效的,当水雾中的水珠直径为0.10～0.35 mm时最有效.     

瓦斯输送管道爆炸自动喷粉抑爆技术

通过论述自动喷粉抑爆技术原理及构成,分析总结瓦斯管道爆炸传播规律,得出自动喷粉抑爆技术抑爆效果主要取决于装备相应时间、干粉浓度粒度及NH4H2PO4质量分数。在DN500爆炸试验管道进行瓦斯管道爆炸传播试验和抑爆试验研究自动喷粉抑爆装置抑爆效果,抑爆器动作后,爆炸火焰在抑爆器后3.5 m内被扑灭,爆炸冲击波在爆炸火焰被扑灭后,不断衰减,最终消失。试验表明:自动喷粉抑爆技术能够有效的抑制瓦斯爆炸。     

瓦斯输送管道自动抑爆技术

为了提高瓦斯输送管道的安全性,在矿井瓦斯输送管道中引入自动抑爆技术,将火焰探测技术与自动喷洒控制技术相结合,实现瓦斯输送管道的主动抑爆。选取CO2灭火剂为抑爆喷洒的灭火介质,进一步提高了抑爆系统的可靠性与灭火质量。通过实验室模拟试验证明抑爆装置能够快速捕捉火焰信息并迅速喷洒灭火介质,抑爆喷洒器6 m外无火焰信息。     

链式反应理论在矿井瓦斯抑爆中的应用

根据现代化学领域中的链式反应和活化能理论,结合Gaussian软件对瓦斯爆炸链式反应进行了微观热力学、动力学分析,并从冷却降温、屏蔽阻隔、均相抑制作用角度进行了矿井瓦斯的抑爆机理分析。结果表明,通过增加自由基消耗速度,减慢其增长速度,链式反应理论在矿井瓦斯抑爆中得到成功应用。     

低浓度瓦斯输送管道抑爆装置

针对低浓度瓦斯输送管道易燃、易爆等问题,研制了一套主动抑爆装置。介绍了抑爆装置构成原理,围绕着瓦斯爆炸传播规律,从软硬件2方面提升抑爆器、控制器、火焰传感器的响应时间及抗干扰能力。数次的管道爆炸试验证明该抑爆系统响应速度快、灭火效果好、稳定可靠。